マクロポーラスアルギン酸塩足場内での新しい3D胚移植モデル

Novel 3D embryo implantation model within macroporous alginate scaffolds.

• Dganit Stern-Tal
• Hanna Achache
• Liora Jacobs Catane
• Reuven Reich
• Tali Tavor Re'em

抄録

背景:

着床不全は、生殖医療における未解決の障害となっています。これまでの研究では、特にエストロゲン受容体α（ERα）によるエストロゲン応答性が適切な着床に不可欠であることが示されています。着床プロセスを支配する調節機構を研究するためには、着床プロセス中の子宮壁内の事象を模倣した信頼性の高いin vitroモデルが最も必要とされています。現在の二次元およびヒドロゲルベースの体外モデルでは、部分的な機能を有する短期的な子宮内膜細胞培養しか提供していない。

Background: Implantation failure remains an unsolved obstacle in reproductive medicine. Previous studies have indicated that estrogen responsiveness, specifically by estrogen receptor alpha (ERα), is crucial for proper implantation. There is an utmost need for a reliable in vitro model that mimics the events in the uterine wall during the implantation process for studying the regulatory mechanisms governing the process. The current two-dimensional and hydrogel-based in vitro models provide only short-term endometrial cell culture with partial functionality.

研究成果:

子宮内膜生検では、受胎可能な女性の典型的な着床窓においてE-カドヘリンの発現が増加していたが、再発着床不全（RIF）患者では無視できる程度の発現であった。これらの臨床結果は、E-カドヘリンが受容性のマーカーであることを示唆している。三次元（3D）マクロポーラスアルギン酸塩足場は、典型的な月経周期を模倣したホルモン治療下での上皮性子宮内膜細胞の播種と長期培養のベースとなった。マクロポーラス足場でのRL95-2上皮細胞培養は3週間生存可能であり、エストロゲンに応答してE-カドヘリンレベルの増加を示した。ヒト絨毛癌（ＪＡＲ）スフェロイドを胚モデルとして使用し、細胞構築物上に播種し、ＲＬ９５-２細胞培養物に正常に付着させた。さらに、ERαレベルの低いHEC-1Aの第2のモデルでは、E-カドヘリンの発現が低く、JARの付着は認められなかった。ERαプラスミドを導入したHEC-1A細胞では、E-カドヘリンの発現とJARの付着が回復した。

Results: Endometrial biopsies showed an increase in E-cadherin expression on the typical window of implantation of fertile women, compared to negligible expression in recurrent implantation failure (RIF) patients. These clinical results indicated E-cadherin as a marker for receptivity. Three-dimensional (3D) macroporous alginate scaffolds were the base for epithelial endometrial cell-seeding and long-term culture under hormone treatment that mimicked a typical menstrual cycle. The RL95-2 epithelial cell culture in macroporous scaffolds was viable for 3 weeks and showed increased E-cadherin levels in response to estrogen. Human choriocarcinoma (JAR) spheroids were used as embryo models, seeded onto cell constructs and successfully adhered to the RL95-2 cell culture. Moreover, a second model of HEC-1A with low ERα levels, showed lower E-cadherin expression and no JAR attachment. E-cadherin expression and JAR attachment were recovered in HEC-1A cells that were transfected with ERα plasmid.

結論:

子宮内膜細胞を3Dマトリックス上で3週間、ホルモン治療下で培養することが可能な新規モデルを発表した。その結果、着床に必要なERα機能とE-カドヘリンの重要性を確認した。このプラットフォームは、着床プロセスを制御する制御機構の解明や、RIFの新規治療法のスクリーニングと評価に役立つ可能性があります。

Conclusions: We present a novel model that enables culturing endometrial cells on a 3D matrix for 3 weeks under hormonal treatment. It confirmed the importance of ERα function and E-cadherin for proper implantation. This platform may serve to elucidate the regulatory mechanisms controlling the implantation process, and for screening and evaluating potential novel therapeutic strategies for RIF.

© The Author(s) 2020.